网络学习-epoll(四）

一、为什么使用epoll？

1、poll实质是对select的优化，解决了其参数限制的问题，但是其本质还是一个轮询机制。

2、poll是系统调用，当客户端连接数量较多时，会将大量的pollfd从用户态拷贝到内核态，开销较大。

3、epoll则不同于select和poll，当客户端连接数量较多时，不会频繁地将客户端fd从用户态拷贝到内核态，而是在内核中维护了一个就绪列表，当某个fd就绪时，内核会将该fd加入到这个就绪列表中，然后epoll_wait只需要从这个就绪列表中去查找是否有事件发生即可，从而提高效率。

二、epoll机制

1、有点类似今天的快递员，菜鸟驿站，用户之间的关系；先创建一个快递员，一个菜鸟驿站还有一个用户总集。

2、当用户需要取包裹时，可以直接去菜鸟驿站进行取包裹；需要邮寄包裹时，同样也可以将包裹放到菜鸟驿站。

3、快递员送快递时，只需把快递放在菜鸟驿站就行，当有包裹需要邮寄时，也是直接从菜鸟驿站取出包裹。避免一个一个的去询问用户。

三、具体实操

1、创建epoll实例

c++ 复制代码

int epfd = epoll_create(1024); //创建一个epoll实例，参数是监听描述符的数量
struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLIN; //监听可读事件
ev.data.fd = socketfd; //监听描述符

2、对用户总集进行操作，增加用户，删除用户，修改用户

c++ 复制代码

epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, socketfd, &ev); //将监听描述符加入到epoll实例中

3、告知快递员什么时候去菜鸟驿站

c++ 复制代码

while (true){
    struct epoll_event events[1024]={0};
    int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1); //等待IO就绪
    cout<<"nready:"<<nready<<endl;
    if(nready < 0){                //出错处理
        cout << "select error:" << strerror(errno) << endl;
        continue;
    }
    //accept操作，此处省略
    //recv操作，此处省略
}

4、处理包裹

c++ 复制代码

for(int i = 0; i < nready; i++){
    if(events[i].data.fd == socketfd){       //是否为监听描述符，是那就接收数据=====accept
        int clientfd = accept(socketfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &len);
        cout<<"clientfd:"<<clientfd<<endl;       //获取到客户端的连接描述符

        ev.events = EPOLLIN | EPOLLERR;    //监听可读事件和错误事件
        ev.data.fd = clientfd;
        epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);  //将客户端的连接描述符加入到epoll实例中
    }else if(events[i].events & EPOLLIN){           //判断IO是否可读
        cout<<"i:"<<events[i].data.fd<<endl;
        char buffer[1024] = {0};
        int count = recv(events[i].data.fd, buffer, 1024, 0);
        if(count == 0){
            cout<<"client close"<<endl;
            close(events[i].data.fd);      //关闭客户端的连接描述
            epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL); //将客户端的连接描述符从epoll实例中删除
            continue;
        }
        cout << "buffer:" << buffer << endl;

        //返回信息
        count = send(events[i].data.fd, buffer, count, 0);
    }
}

5、小结

epoll主要用到以下几个函数：

c++ 复制代码

struct epoll_event{
    uint32_t events;    // 事件类型
    epoll_data_t data;  // 用户数据，可以是fd或者指针
}

int epoll_create(int size);
/*
size: 告诉内核监听的数目上限，但是实际上内核并不关心这个值,只要!=0就行，实质是无效参数，主要是为了兼容老版本
return value: 成功返回一个epoll实例的fd，失败返回-1。
*/

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
/*
epfd: epoll实例
op: 操作类型，EPOLL_CTL_ADD（添加）、EPOLL_CTL_DEL（删除）、EPOLL_CTL_MOD（修改）。
fd: 要被操作的客户端fd
event: 事件类型，比如EPOLLIN（可读）、EPOLLOUT（可写）等。
return value: 0表示成功，-1表示失败。
*/

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
/*
epfd: epoll实例
events: 存放就绪事件的数组
maxevents: 数组的最大大小，设置范围
timeout: 超时时间，单位毫秒，-1表示一直等待,0代表表示立即返回，不为0表示等待时间。
return value: 成功返回就绪事件的个数，0表示超时，-1表示出错。
 * /

四、总结

1、epoll实质上是通过事件驱动的方式来处理IO，不过多关注IO的处理，而是关注事件的处理。

2、相较于select和poll，epoll构建了一个整集，和一个就绪集合，比如有100万个用户整集，但需要操作的就绪集合就1万；就绪才是需要处理的事情，着中关注的就绪集合，而不是整集。

3、epoll提供了边缘触发（ET）和水平触发（LT），边缘触发的特点是，只有当事件发生时才会通知一次，而水平触发则是只要有事件就绪就会一直通知，select和poll则是水平触发。

4、可以通过epoll实现Reactor模式，通过注册事件和回调函数来实现。

5、epoll的存在，是市面上大部分服务器采用Linux做为服务器操作系统的原因之一。

五、拓展问题

1、select,poll,epoll的使用场景？

select: 当系统不支持poll/epoll时，就用select。

poll: 当IO数量较少时，使用poll。

epoll: 当IO数量较多时，使用epoll。

2、整集用什么数据结构？

整集用的是红黑树。

3、就绪集合用什么数据结构？

就绪集合用的是链表。

4、边缘触发和水平触发的区别？

边缘触发：只有当事件发生时才会通知一次；

水平触发：只要有事件就绪就会一直通知。